淺析金窩水電站壓力管道缺陷及其處理方法

李永民　張繼祥

摘 要：金窩水電站壓力管道（以下簡稱壓力管道）為地下埋藏式，采用斜井布置。根據壓力管道監測成果的分析表明：壓力管道可能存在著裂縫或者其他的缺陷。通過對壓力管道的放空檢查，發現壓力管道2-2斷面附近（上游位置）有一環縫存在，是一條長約330mm的裂縫，有明顯的滲水現象，說明此裂縫為貫穿性裂縫，須進行修復處理，處理后的焊縫效果良好，滿足壓力管道的安全運行要求。

關鍵詞：金窩水電站；壓力管道；缺陷；分析；處理

中圖分類號：TV732.4 文獻標志碼：A

1 工程概況

金窩水電站位于四川省雅安市石棉縣境內的田灣河中段，是田灣河規劃梯級中的第三級。工程主要任務以單一發電為主，無供水、灌溉、防洪等綜合利用要求。

金窩水電站壩址以上流域面積1060km2，多年平均流量32.2m3/s，正常蓄水位2315.4m，最低運行水位2309.47m，調節庫容7.0萬m3，具有日調節能力；電站水輪機安裝高程1696.30m，最大引用流量46.9m3/s；電站最大水頭619.1m，最小水頭594.3m，額定水頭595.0m，安裝兩臺120MW水斗式水輪發電機組。電站枯水年枯水期平均出力73.6MW，多年平均年發電電量11.24億kW·h（梯級聯合）。

金窩水電站壓力管道（以下簡稱壓力管道）為地下埋藏式，采用斜井布置，上平段中心高程2256.30m，下平段中心高程1696.30m，高差560.00m。為便于壓力管道的施工及施工臨時道路的布置，在斜井中部2080.00m和1840.00m高程處分別設置中一、中二平段，平段直段長分別約為35m、40m。斜井段傾角57°以利于施工期開挖出碴。壓力管道主管長約1102.00m，主管內徑3.6m，主管末端采用卜型岔管連接兩條支管，分岔角60°，1#、2#支管長分別約24m、33m，內徑2.40m，支管末端管徑由2.40m漸變至2.00m與廠房內球閥連接。

2 監測成果分析

（1）監測儀器布置情況

①壓力管道2-2斷面監測儀器布置情況

按設計要求，壓力管道2-2斷面安裝了3套多點位移計（M13～M15）、3支錨桿應力計（R13～R15）、3支測縫計（J04～J06）和3支鋼板計（GB04～GB06）。多點位移計和錨桿應力計位于左側、頂拱及右側圍巖內，測縫計位于左側、頂拱及右側圍巖與砼接觸部位，鋼板計位于鋼管的左下30°、右下30°及頂拱中心（見表1和如圖1所示）。

②壓力管道3-3斷面監測儀器布置情況

按設計要求，壓力管道3-3斷面安裝了3支單向應變計（S1～S3）、2支無應力計（N1、N2）和4支滲壓計（P5～P8）。滲壓計位于頂拱、底板、左上30°、右上30°圍巖內，應變計位于左側、頂拱及右側砼內，無應力計位于左上角45°、右下角45°砼內（見表2和如圖2所示）。分別用以監測壓力管道混凝土的應力應變變化以及壓力管道外水壓力的變化情況。

（2）監測成果分析

壓力管道3-3斷面滲壓計監測成果表明：在金窩引水系統充水前，該部位4支滲壓計所測得的揚壓力約30kPa；充水試驗期間，隨著壓力管道內水壓力的增大，各支滲壓計測值均有所增大，尤其P5、P6和P8揚壓力增大明顯，說明壓力管道存在滲漏現象（如圖3所示）。

壓力管道2-2斷面多點位移計監測成果表明：在金窩引水系統充水試驗過程中，多點位移計測值變化明顯，說明金窩壓力管道2-2斷面在2008年12月充水運行后存在局部巖體變形。充水運行后，M13的3.5m深處測點在2009年出現3次跳躍變化，在2011年8月19日再次發生突變，突變情況為11.30mm→16.15mm，并保持突變后的狀態穩定下來，分析該部位可能存在裂隙、局部破碎的松動變形。2009年1月～3月及7月～9月，M15測值出現逐步小量增加，說明充水后由于滲漏作用，滲水入侵圍巖裂隙引起局部變形，與M13的3.5m測點變化一致（如圖4所示）。

壓力管道2-2斷面鋼板計監測成果表明：各鋼板計測值為負應變，即壓力鋼管沿環向表現為受壓；在2008年12月的充水試驗中，在高水壓作用下，壓力鋼管向外擴張，在環向上表現為拉應變增強，測值上由負應變逐漸向正應變轉化；此后可能由于外水壓力增加，逐步回彈，GB05在2009年1月后表現穩定，于2010年4月9日觀測時發現GB05讀數不穩定，分析可能是由于儀器本身出現問題（比如電壓不穩定等），GB06則持續受壓增加，至2009年7月后才基本穩定。在充水試驗過程中，GB04失效無讀數（如圖5所示）。綜合以上監測成果分析，壓力管道可能存在著裂縫或者其他的缺陷。

3 現場檢查情況

通過對壓力管道的放空檢查，發現壓力管道2-2斷面附近（上游位置）有一環縫存在一條長約330mm的裂縫，有明顯的滲水現象，說明此裂縫為貫穿性裂縫（如圖6所示）。

4 裂縫處理情況

根據現場有一定外水壓力的實際情況和焊接施工環境條件要求，認為對于滲透水點的處理關鍵是封水，因此必須首先對滲透水點進行封水處理，否則無法進行下一步的焊接施工和得到可靠的質量保證。具體施工程序和步驟如下：

抽排管內積水→照明鋪設→卷揚機布置→臺車制作→鉆制灌漿孔（鉆制灌漿孔時，注意射水傷人和損壞電氣設備）→灌漿處理（達到管外無滲水進入管內）→焊縫進行打磨→超聲波探傷檢測→刨縫清根（隨時注意檢查：防止焊縫裂縫的擴展和在其他部位產生新的裂紋）→打磨清縫層厚不小于2mm——清除滲碳層、過熱組織等刨縫缺陷→PT（滲透檢驗）或MT（磁粉檢測）→預熱120℃～150℃→焊接（隨時檢測：每焊接一層均進行MT（磁粉檢測），防止在其他部位產生新的裂紋）→焊后立即進行緊急后熱150℃～200℃、后熱恒溫時間不小于1h，焊接完畢24h后對焊補部位和其他（焊接收縮應力傳遞）相關部位進行超聲波探傷檢測。

超聲波探傷檢測成果表明：處理后的焊縫效果良好，滿足壓力管道的安全運行要求（如圖7所示）。

結語

根據水工監測成果分析地下埋藏式壓力管道運行情況是對壓力管道缺陷分析的一種經濟而有效的分析方式。通過對壓力管道的水工監測成果分析，發現缺陷，然后進行現場檢查，確定缺陷進而進行處理的方式，可供類似工程借鑒。

參考文獻

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